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研究人员发明类细胞碳微球为电池负极稳定储存钾离子

2021-02-06 19:49 作者: 来源: 本站 浏览: 20次 字号:

摘要:    盖世汽车讯 随着智能便携式电子产品和电动汽车的快速发展,锂资源的消耗将急剧增加,同时也将加大锂离子电池(LIB)成本。此外,锂资源的短缺(地壳中储量仅为0。0017 wt%)和不均匀分布也限制了其进一步的开发和应用。    而钾元素(地壳中储量为2。7 ...

  

盖世汽车讯 随着智能便携式电子产品和电动汽车的快速发展,锂资源的消耗将急剧增加,同时也将加大锂离子电池(LIB)成本。此外,锂资源的短缺(地壳中储量仅为0。0017 wt%)和不均匀分布也限制了其进一步的开发和应用。

  

而钾元素(地壳中储量为2。7 wt%)与锂元素有着相似的特性,且储量丰富。作为LIB最佳替代方案,钾离子电池(PIB)已成为研究重点。相对于Na(2。71 V vs。 标准氢电极/SHE)、Mg(2。37 V vs。 SHE)、Al(1。66 V vs。 SHE)等而言,钾的标准氧化还原电位(2。92 V vs SHE)更接近锂(3。04 V vs。 SHE)。这意味着PIB可以提供更高的能量密度和放电电位,对于未来探索优良的电极材料及研究钾的储存机理具有重要的意义。

  

据外媒报道,近期,National Science Review最新期刊中,湖南大学、中南大学和克莱姆森大学的科学家们合作发明出一种类细胞碳微球(BCC),可稳定储存钾离子。该仿生碳电池(BCC)由高度石墨化的碳片或碳纳米管组成。

  

  

(图片来源:

  

碳纳米管负责连接碳电池的内部和外部,提供大量的离子通道,大量的离子通道增加了离子的扩散路径,提高了传输速率。而BCCs内部空间为钾离子插入石墨引起的体积变化提供了缓冲,胞状膜的碳壳对内部材料和整体结构起到保护和支撑作用,极大地提高了PIB的循环稳定性。

  

实验结果显示,BCC基电极在500 mA g-1的电流密度下,可循环2100次,循环稳定容量为226 mAh g-1,在100 mA g-1的电流密度下,可连续运行15个月以上,表现出优异的循环稳定性。

  

Bingan Lu教授表示:“从科学层面讲,我们是将生物学领域和材料合成领域(仿生结构)结合,并且看到了合成碳材料作为钾离子电池负极的性能和稳定性。从广泛角度讲,这项研究推出了一项提高电池性能的全新解决方案,并为未来新型仿生电池材料的设计和制造提供了一条新的途径。”